鐘國林，李建明，馬軻瀛，鄭東冬

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

0 引 言

對電子式電能表的輻射騷擾規(guī)定限值并進行測量，在國家標準和IEC等相關標準中早有明確的規(guī)定[1]。但鑒于該測量所使用的場地（電波暗室、半電波暗室及開闊場）和設備造價高（高于2000萬元），因而長期以來在許多發(fā)展中國家或其大多數實驗室都不具備這樣的測量能力，我國也不例外。我國絕大多數省級實驗室都不能進行這樣的測量。

20世紀90年代以來，一種新型測量替代場地和接收裝置——GTEM小室的研究和開發(fā)使用獲得長足進展，許多國家和國內的實驗室都采用它來進行射頻電磁場輻射抗擾度測試，并獲得良好的使用效果[2-3]。但利用它來進行輻射騷擾測量見于文獻報道的尚不多見。中國測試技術研究院電子所電磁兼容實驗室在2001年成功利用GTEM小室進行抗擾度測試的基礎上，通過詳細的理論探討和大量的實驗研究，成功地利用該小室進行了電能表的輻射騷擾測量[4]。該文介紹測量裝置的組成、原理和方法，并介紹測量的特點和存在的問題，望與同行交流與討論。

1 檢測項目及技術要求

1.1 引用標準及檢測項目

GB 9254-2008《信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法》（idt CISPR 22：2006）。

GB/T 17215.211-2006《交流電測量設備 通用要求、試驗和試驗條件 第11部分：測量設備》（idt IEC 62052-11：2003）。

檢測項目是電能表發(fā)出的輻射電磁騷擾，統(tǒng)稱電磁干擾（EMI）。

1.2 技術要求

判斷被試電能表（EUT）的電磁發(fā)射是否合格，強調下述兩點：

（1）按規(guī)定使用物理量及其測量限值。標準要求測量結果需用dBmV/m或dBmA/m表示電場強度或磁場強度值。

（2）距離修正。根據測量的實驗距離的不同，需對騷擾限值增加或降低相應的dB數，以構成新的限值。

2 裝置組成、原理和方法

2.1 測量原理

裝置組成框圖如圖1所示。利用GTEM小室對電磁波能量的收集與接收功能（等效為接收天線），將置于小室內的EUT發(fā)出的輻射對電磁能量收集并轉換為電路的電壓或功率電平（U2或P2），經連接到電路中的接收機或頻譜分析儀進行檢測或測量。按要求，測量結果需用dBmV/m或dBmA/m表示。

為了收到用規(guī)定單位表示的測量結果，需事先給出或測出GTEM小室對電磁場強度的接收系數AF（或稱轉換系數）。該術語類似接收天線的接收系數或天線系數?？杀硎緸?/p>

通常采用式（2）作為接收系數AF的測量表達式。式（1）～式（4）中，E1、H1、P1、U1、I1分別表示測量 GTEM小室接收系數時所用到的物理量數值。眾所周知，AF 是頻率 f的函數，表示為 AF（f）。

須知，AF的測量是事先或事后進行的。EUT發(fā)出的輻射電磁能經小室接收生成U2或P2后，被接收機或頻譜儀測量，利用式（2）的逆運算即可求及所要求的輻射電場強度E2如下

2.2 裝置組成描述

（1）GTEM小室——既作為測量場地使用，又作為騷擾能量的收集轉換裝置。該文稱為接收裝置，相應規(guī)定了它的接收系數AF。

（2）同軸接收器——50Ω同軸轉換接頭。

（3）干擾接收機——符合要求的干擾接收機或頻譜分析儀。

（4）校準天線組——為測量或校準GTEM小室的接收系數而使用的成套天線，如雙脊喇叭天線、對數周期天線等。

（5）場強儀——測量電場強度。

（6）信號源（含功放）——配合測量使用。

（7）彩色打印機——打印測量結果（數據或頻譜分析圖）。

（8）輔助設備——為被測電能表提供規(guī)定工作條件的設備，如電能表校驗臺。

圖1 裝置組成框圖

2.3 測量方法

該方法與干擾測量中電壓或功率的測量基本相同，其特點如下：

（1）屬小儀器或微儀器測量。只能采用測量接收機或頻譜分析儀進行。

（2）屬干擾測量。需采用符合要求的干擾測量接收機或頻譜分析儀進行。

（3）GTEM小室接收系數的測量與校準。該步驟可事先或事后進行。為了降低測量不確定度，可在較大場強信號下進行。為使測量結果可比對與可重復，可能需要在測量現場校準小室的接收系數AF，特別是在關鍵的或關心的頻率點上。

（4）本底干擾的識別與扣除。對于測量系統(tǒng)的本底干擾，采用文本推薦的頻譜分析方法，很容易識別與扣除。

2.4 裝置特點

（1）造價低。國產GTEM小室的造價約10～20萬元，比其他測量場地的造價低很多。項目使用的GTEM小室系中國計量科學研究院無線電處于20世紀90年代研制的，性能優(yōu)越。

（2）占地少。國產長度不超過10m的小室，占地面積約為40～60m2，不需再考慮房間的屏蔽問題。

（3）適于測量便攜式儀表。如大量使用的單、三相電子式電能表，其尺寸不超過300×200×100mm3。

（4）利于連線抗干擾處理與鋪設。以電能表為例，其輔助設備均置于小室外，對連線的抗干擾處理與鋪設易于實施。

3 測量步驟

（1）校準GTEM小室的接收系數AF?？墒孪冗M行，亦可事后進行。

（2）連接EUT。按要求布置并連接好EUT。

（3）按要求連接好接收機或頻譜儀。

（4）背景干擾處理。測量中需采取一切有效措施識別并排除、降低背景干擾影響。如確定不能降低的背景電平，需按規(guī)定進行修正或扣除（須謹慎處理）。

（5）測量并記錄電壓或功率讀數。

（6）數據轉化。將測量結果轉化為用dBmV/m或dBmA/m表示的值。

（7）距離修正。將實際的測量距離化為對應的dB數與標準規(guī)定的限值L1相加、減，其結果作為新的限值L2。

（8）顯著值的登記。比較測量結果與新限值L2，把大于（L2-20dB）的至少6個結果及有關參數逐一登記，必要時給在證書中。

4 試驗結果[5-9]

試驗對象——單相電子式電能表。電能表型號為 DDS2010-1 型，規(guī)格為 220 V 10（40）A，供電頻率為50 Hz，脈沖常數為1 200 imp/kWh，誤差等級為1級。

試驗條件——試驗應按GB 9254-2008《信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法》（idt CISPR 22：2006），在下列條件下進行：

（1）作為B級設備；

（2）作為臺式設備試驗；

（3）電壓線路和每個連接器的連接，應使用長度為1m的無屏蔽電纜；

（4）儀表在工作狀態(tài)：

1）電壓線路和輔助線路通以參比電壓；

2）電流在0.1Ib（In）與0.2Ib（In）之間（由線性負荷引出并以1m長的無屏蔽電纜連接）。

試驗結果滿足以下技術指標：

當頻率在30～1000MHz范圍內，測量距離為10m的輻射騷擾限值見表1。

表1 10m測量距離處的輻射騷擾限值（B級）1-3）

試驗數據——該單相電子式電能表在給定條件下的輻射騷擾試驗數據在圖2中給出。

圖2 單相電子式電能表的輻射騷擾試驗數據圖

GTEM小室接收系數的測量——根據單相電子式電能表的輻射騷擾試驗數據，用標準信號發(fā)生器及其輔助設備在輻射騷擾試驗數據的敏感頻率段上對GTEM小室的接收系數進行了測量（定標），其結果如圖3所示。

圖3 GTEM小室接收系數圖

從試驗數據綜合分析能夠得出，該電能表在規(guī)定試驗頻率范圍的輻射騷擾已經超過了國家及國際標準規(guī)定的限值，為不合格產品。

5 問題與討論

（1）低頻段問題。實驗發(fā)現在低頻段特別是在30～100 MHz內，由于存在感應場帶來的影響，使小室接收系數AF的測量與校準存在較大的不確定因素。這些因素為：①天線的形式，如選用哪種天線更好；②天線的尺寸，由于有用空間較小，天線的尺寸受到限制；③天線的布置，包括天線的相對位置、極化方向以及指向等。

（2）小室對電磁波的接收機理問題。該問題應表述為：小室對電磁場能量的收集、傳輸與轉換機理。這不僅是一個理論分析問題，更是一個實踐或實驗性問題，主要表現為反射影響、天線的指向影響與極化方向影響等。該測量方法采取現場測量或校準小室接收系數AF的步驟，充分利用替代測量技術以降低上述影響，這顯然相當有效但也相對有限。

6 結束語

該裝置經過一年多的反復試用，證明其使用靈活、操作方便、測量數據穩(wěn)定、復現性好、對本底干擾易發(fā)現并易處理，且采用彩色打印機可為用戶打印出分布曲線，便于存檔與調用，對于不合格產品，容易針對頻譜分析曲線進行有效整改。

[1]GB 9254-2008，信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法（idt CISPR 22：2006）[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2]GB/T 17626.3-2006，電磁兼容試驗和測量技術射頻電磁場輻射抗擾度試驗（idt IEC 61000-4-3:2002）[S].北京：中國標準出版社，2006.

[3] 全國無線電干擾標準化委員會.電磁兼容標準實施指南[M].北京：中國標準出版社，1999.

[4]GB/T 4365-2003，電磁兼容術語[S].北京：中國標準出版社，2003.

[5]GB/T 17215.211-2006，《交流電測量設備 通用要求、試驗和試驗條件 第11部分：測量設備》（idt IEC 62052-11：2003）[S].北京：中國標準出版社，2006.

[6]GB/T 17215.321-2008，交流電測量設備特殊要求第21部分：靜止式有功電能表[S].北京：中國標準出版社，2008.

[7]GB/T 17215.301-2007，多功能電能表[S].北京：中國標準出版社，2007.

[8]GB/T 15284-2002，多費率電能表特殊要求[S].北京：中國標準出版社，2002.

[9]GB/T 18460.3-2002，IC卡預付費售電系統(tǒng)第3部分：預付費電度表[S].北京：中國標準出版社，2002.